魯文章，韓 偉，許昌慶，陸 勇

（安徽華菱汽車有限公司，安徽 馬鞍山 243061）

引言

機(jī)加工車間是我司大功率發(fā)動機(jī)最主要的自制件生產(chǎn)車間。生產(chǎn)線擁有德國、日本進(jìn)口的先進(jìn)加工中心45臺，以及2臺全自動精密測量儀等精密自動化設(shè)備。本車間的自制件缸體是發(fā)動機(jī)裝配最主要的基礎(chǔ)件，裝配有大量的重要零部件，如機(jī)油冷卻噴嘴安裝孔，曲軸孔等。

對于高強(qiáng)度的現(xiàn)代大功率發(fā)動機(jī)，缸內(nèi)溫度非常高，為保證活塞的可靠性，大都會采用機(jī)油冷卻噴嘴（圖1）通過向活塞內(nèi)腔噴射機(jī)油以幫助冷卻散熱，避免活塞積熱升溫導(dǎo)致燒頂?shù)那闆r出現(xiàn)。在這樣惡劣的高溫環(huán)境下，是無法使用橡膠圈來保證機(jī)油冷卻噴嘴安裝在缸體上的密封性。所以只能通過提高機(jī)油冷卻噴嘴孔的加工精度，保證孔和機(jī)油冷卻噴嘴部件之間的密封性，確保機(jī)油噴射壓力達(dá)到要求，實現(xiàn)散熱效果。

圖1 缸體上的噴油器

我司的缸體機(jī)油冷卻噴嘴安裝孔是通過刀號為T225的長柄鉆頭（圖2，?11.7mm）來完成底孔加工，再通過?12H8的鉸刀保證尺寸精度及表面質(zhì)量。

圖2 T225刀具

但在近年的孔加工中我們發(fā)現(xiàn)T225鉆頭的異常損壞頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他鉆孔刀具，僅在改進(jìn)前的8個月內(nèi)，斷刀次數(shù)就達(dá)到了驚人的26次之多，且刀具折斷后造成的孔壁刮傷（圖3中②孔處），大部分都無法通過精鉸和返工消除，為保證機(jī)油冷卻壓力，只能將整個缸體報廢處理。

圖3 斷刀后的機(jī)油冷卻噴嘴安裝孔

1 調(diào)查分析刀具損壞原因

排除人為因素，我們從設(shè)備、材料、方法三個方面進(jìn)行了分析調(diào)查[1]，找到了5項可能造成刀具異常損壞的末端因素：

圖4 刀具損壞分析圖

1.1 主軸跳動過大

由于機(jī)油冷卻孔的設(shè)計工藝需要，此孔的加工刀具必然非常長，為保證加工剛性，減少跳動，采用了長度200 mm以上的長刀柄，提高加工尺寸的穩(wěn)定性。盡管如此，如果主軸跳動過大，再經(jīng)過長刀柄的放大，則必然導(dǎo)致機(jī)油冷卻噴嘴孔加工刀具提前出現(xiàn)磨損，甚至折斷。

根據(jù)HELLER機(jī)床廠家提供的主軸跳動精度標(biāo)準(zhǔn)（圖5），我們對機(jī)床主軸遠(yuǎn)近端跳動進(jìn)行了檢測（圖6），結(jié)果顯示150mmx芯棒近端跳動為0.011 mm、遠(yuǎn)端跳動為0.015 mm，均明顯＜0.02 mm的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，所以排除此要因。

圖5 主軸跳動檢測示意圖

圖6 主軸跳動檢測中

1.2 切削液壓力波動不穩(wěn)定

盲孔加工中必須通過帶有穩(wěn)定壓力的切削液，將切削出來的鐵屑及時從鉆頭的排屑槽中沖出來。如果機(jī)床的供給切削液壓力不足或不穩(wěn)定，無法及時排出的鐵屑會導(dǎo)致鉆頭的磨損加劇、甚至斷裂。

經(jīng)過調(diào)查確認(rèn)本工序機(jī)床配有專用的切削液增壓裝置（圖7），且通過跟蹤主軸冷卻液壓力表數(shù)值變化，確認(rèn)機(jī)床冷卻液供給壓力穩(wěn)定在4～5 Bar的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，排除此因素。

圖7 切削液增壓設(shè)備

1.3 毛坯材料過硬

毛坯的硬度如果大于設(shè)計要求，則必然會造成刀具的異常磨損甚至折斷。

根據(jù)材質(zhì)確認(rèn)硬度標(biāo)準(zhǔn)：

毛坯材質(zhì)——HT200；

毛坯硬度標(biāo)準(zhǔn)——190～210 HB。

通過布氏硬度測量儀（圖8左）抽測了60件缸體毛坯在機(jī)油冷卻孔口端面（圖8右）的硬度，通過正態(tài)分布圖（圖9）分析可以看出，總體圖形成正常型分布，可以判斷毛坯硬度正常，處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖8 布氏硬度測量儀和被測平面

圖9 通過正態(tài)分布圖分析實測硬度

1.4 刀具設(shè)計不合理

1.4.1 分析結(jié)構(gòu)

T225采用的是雙重頂角鉆頭（圖10），橫刃窄，鉆心頂角?。?0°），這樣自定心效果會更好。

圖10 改進(jìn)前刀具圖紙

1.4.2 分析排屑

雙重頂角鉆頭在切削塑性材料時可分屑，使得排屑過程順利，且鉆頭不至于被咬住。但切削鑄鐵件（硬、脆）時，90°切削刃和120°切削刃同時會產(chǎn)生大量的塊裝碎屑，但90°切屑刃的排屑空間明顯要小于后方的120°切屑刃（圖11），且切出碎屑的排屑過程易受到120°切削刃碎屑的阻擋。所以排屑的不暢通極易造成小尖角處的切削阻力過大，乃至造成小尖角處出現(xiàn)崩刃（圖12）。

圖11 雙重頂角鉆頭排屑示意圖

圖12 折斷鉆頭外觀檢查

1.5 切削參數(shù)不合理

通過加工程序中調(diào)取切削參數(shù)：n=1905 r/min；f=750 mm/min；d=11.7 mm；d小尖角=5 mm。

表1 切削參數(shù)對照表

對比機(jī)械工業(yè)出版社出版的最新《機(jī)械工人切削手冊》[2]，我們發(fā)現(xiàn)小尖角切削刃的實際進(jìn)給量0.39 mm/r，明顯大于標(biāo)準(zhǔn)的0.2 mm/r。

所以，通過上述調(diào)查可以確認(rèn)，刀具進(jìn)給速度過快，90°刀尖承受切削力過大，是導(dǎo)致斷刀頻繁的主要原因。

2 刀具結(jié)構(gòu)及切削參數(shù)改進(jìn)

2.1 取消刀具小尖角

通過取消小尖角，改善了刀具的排屑性能，降低了刀尖處的切削阻力。

圖13 改進(jìn)前刀具結(jié)構(gòu)

圖14 改進(jìn)后刀具結(jié)構(gòu)和圖紙

2.2 數(shù)控程序改進(jìn)

表2 改進(jìn)前后不同階段進(jìn)給速度對比表

3 改進(jìn)后效果確認(rèn)

通過刀具結(jié)構(gòu)及數(shù)控程序改進(jìn)，我們經(jīng)過單件加工驗證， 及連續(xù)4個月的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性跟蹤，新狀態(tài)的T225刀具未出現(xiàn)一起刀具折斷事故；且通過刀具極限壽命驗證，使得刀具的實際壽命從改進(jìn)前293件/把提高到現(xiàn)在的450件/把，整體壽命比改進(jìn)前提升了53.58%。

效益確認(rèn)：

（1）改進(jìn)后刀具結(jié)構(gòu)簡化，制造單價從1740.96元/根降低到1294.34元/根；

（2）刀具壽命提高到改進(jìn)前的153.6%；

（3）改進(jìn)前26次斷刀造成了26件廢品缸體，改進(jìn)后杜絕了斷刀造成的報廢件出現(xiàn)。

綜合統(tǒng)計后，僅今年前八個月就節(jié)約費用141172.65元。

4 結(jié)語

此次改進(jìn)，我們從機(jī)床精度、切削液壓力、材料硬度、切削參數(shù)和刀具設(shè)計這五個方面進(jìn)行了多方面的充分調(diào)查，找到影響刀具壽命的關(guān)鍵因素，最終通過改進(jìn)刀具結(jié)構(gòu)以及優(yōu)化數(shù)控加工編程內(nèi)容，使得缸體機(jī)油冷卻噴嘴安裝孔加工鉆頭頻繁折損問題得到了有效解決。